110kV及以上变压器的非电量保护及整定原则

110kV及以上变压器的非电量保护及整定原则

2010-05-22 来源：工控商务网浏览：117

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变压器非电量保护一般指涉及到整定值的气体、压力和温度方面的保护。当变压器内部出现单相接地、放电或不严重的匝间短路故障时，其他保护因得到的信号弱而不起作用，但这些故障均能引起变压器及其它材料分解产生气体。利用这一特点构成的反映气体变化的保护装置称气体（瓦斯）保护。

一、气体保护继电器及整定

目前国产的气体保护用气体继电器结构为挡板式磁力接点结构，进口的气体继电器有浮桶式和压力式两种结构。气体继电器具有两个功能：集气保护（称轻瓦）和流速保护（称重瓦）。集气保护是当变压器内部出现过热、低能量的局部放电等不严重的局部故障时，变压器油分解产生的气体上浮集于继电器的顶部，达到一定体积时，继电器内上置磁铁使上干簧管触点接通启动信号；流速保护是当变压器内部出现高能量电弧放电等严重故障时，变压器油急剧分解产生大量气体，通过气体继电器向储油柜方向释放，形成的油、气流达到一定流速，冲击挡板，下置磁铁使下干簧管触点接通启动跳闸。

变压器本体主继电器一般使用QJ-80型，具有两对触点，分别作用于轻瓦信号和重瓦跳闸。本体继电器多使用国产继电器，流速的整定按1.0～1.2m／s即可；日本三菱产变压器使用浮桶式继电器，流速整定值为1.0m／s；有载开关一般使用国产QJ-25型继电器，只有一对触点，作用于跳闸，流速整定值为1.0m ／s；进口开关使用的继电器不尽相同，MR开关为自产继电器，流速值为1.2m ／s，ABB开关配德国产继电器，流速值为1.5m／s，并且流速整定值不可调。这些问题在订货和使用中应加以注意。

早期的有载开关使用具有两对触点的继电器，目前仍有运行。由于开关切换时，产生的电弧必然引起开关内变压器油的分解，但由于电弧能量不是很大，且切换次数有限，产气速率很低，在相当的一段时间内轻瓦斯应不发出信号。如在短时间内连续出现轻瓦斯信号，表明开关内部出现连续发展型故障，或开关内的油含碳量过多，油的灭弧能力降低，使电弧能量变大，此时需进行检查或换油。

二、压力保护装置及整定

压力保护使用压力释放装置，当变压器内部出现严重故障时，压力释放装置使油膨胀和分解产生的不正常压力得到及时释放，以免损坏油箱，造成更大的损失。

压力释放装置有两种：安全气道（防爆筒）和压力释放阀。安全气道为释放膜结构，当变压器内部压力升高时冲破释放膜释放压力，如日本三菱产变压器。压力释放阀是安全气道的替代产品，被广泛应用，结构为弹簧压紧一个膜盘，压

力克服弹簧压力冲开膜盘释放，其最大优点是能够自动恢复。目前河北省南部电网主网、城网变压器已基本通过改造将安全气道改造为压力释放阀。

压力释放阀一般要求开启压力与关闭压力相对应，且故障开启时间小于

2ms，因此在校核压力释放阀时，开启压力、关闭压力和开启时间均需校核。对于110～220kV变压器常用的压力释放阀，其喷油的有效直径为130ms，开启压力为55±5kPa，对应的关闭压力为29.5kPa。压力释放阀带有与释放阀动作时联动的触点，作用于信号报警。

三、温度保护

1、变压器运行温度的监测和温度高报警

110kV及以上的变压器顶层油温报警值设定为80℃，均比运行规程略低，留有一定裕度；温度指示一般使用压力式温度计，表计安装在变压器本体易于观测的部位，可以配置温度变送器将温度信号传送至远方如控制室；有极少量的变压器同时安装了酒精温度计，读取数值时需爬上变压器，不太方便，但精度较高。

2、变压器冷却系统的温度控制

变压器冷却系统控制逻辑有“手动”和“自动”两种方式，“自动”方式是指按变压器运行负荷或顶层油温控制冷却器的启、停，片式、管式散热器的冷却器包括风扇电机和油泵电机的电源控制。

220kV强油风冷冷却器（YF型）的“自动”控制方式又分为“辅助”和“备用”两种状态。变压器在运行中，当上层油温达到65℃时（或负荷电流达到70%或厂家出厂值时）自动投入辅助冷却器，下降至55℃时退出。当“工作”、“辅助”状态运行的冷却器组发生故障时，自动启动投入“备用”状态的冷却器组；根据外部环境温度和负荷情况，可以手动选择调整几组冷却器的工作状态，变压器运行过程中一般均设置至少一组冷却器运转。

220kV强油片式散热器(PC型)不再有独立属于各冷却器的风扇和油泵，工作状态也变为“自冷”、“风冷”和“强油风冷”3种工作状态，上层油温达到55℃时自动投入风扇，达到65℃时自动投入油泵。按负荷启动一般根据变压器铭牌所标的冷却方式设定，如负荷为60%额定容量时自动投入风扇，80%时自动投入油泵。

对于110kV风冷冷却器（散热器），一般规定变压器顶层油温达到65℃时投入风扇，或负荷电流达到70%额定值时投入风扇。为防止风扇电机频繁启动，还应调整装置在65℃时投入风扇，油面温度下降至55℃时才退出风扇，或负荷电流低于50%额定值时才切除风扇。

除220kV强油风冷冷却器外，其他具备上述功能的两种冷却系统均可运行于自动控制档位。

四、冷却器的控制

大多数变压器一般同时使用按温度和按负荷控制冷却器，变压器冷却器控制应以温度优先，有些使用片式散热器的变压器铭牌所标的按负荷启动强油风冷的百分数较低，如220kV变压器铭牌标的冷却器方式为：ODAF/ONAN100%/60%，但片式散热器的散热效率较高，当负荷电流达到60%额定值时，上层油温往往达不到65℃，使之实际形成了以负荷电流优先启动的情况，变压器常在40℃左右即投入风扇和油泵。即使增加了负荷启动的百分数，夏季温度优先控制的散热系统进入冬季仍可能会转为负荷优先。

以过低的油温投入风扇，对于110kV变压器只是增加了电力和风机的损耗，对运行影响不大。对于强油循环变压器，除增加上述损耗外，过低的运行温度还会增加变压器油流带电的危险性，并且如变压器运行在负荷启动的临界值，因负荷变化频率远高于温度变化，造成风机和油泵频繁启/停，使元件故障率增大，另外还加大了油泵轴承磨损的金属微粒进入变压器油的机会，因此不推荐负荷启动冷却系统的方式。

石家庄供电公司的220kV变压器用于220kV变压器片式散热器的风扇和油泵分组启动时间设定，根据使用说明和运行经验，一般将启动风扇和自动、手动启动油泵的分组启动时间继电器KT1、KT2和KT3设置为20s，按温度自动启动风扇和油泵的时间继电器KT4和KT6设置为60s，按负荷自动启动风扇、油泵的时间继电器KT5和KT7设置为30s，但不使用按负荷启动功能。

油泵分组启动具有两个优点：减轻电源主接触器的启动负荷，减少触头烧蚀的故障率；避免同时启动（尤其是频繁启动）时产生较大涌流可能造成的本体气体继电器的重瓦误动。

按温度启动油泵风扇也有缺点。当变压器短时过载或有局部热点产生时，因变压器油的热容量非常大，很难在短时间内将其显示出来，较慢流速的油通过局部热点容易引起油的分解和老化，因此，最好的方法是按绕组温度启动，将温度计的探头插入绕组顶部内部，以绕组温度控制冷却系统的启动。

五、结语

非电量保护在变压器的继电保护配置中有着不可替代的作用，是对常规配置的模拟量保护的重要补充，在变压器的保护配置中应该加强对非电量保护的设计选型、整定校验和运行监护，使之能够正常发挥作用。